地质雷达在公路工程检测中的应用

地质雷达在公路工程检测中的应用

樊慧平

山西省交通规划勘察设计院山西太原030012

摘要：在公路工程检测技术当中，一些传统的检测方法对都对公路有不同程度的破坏，并且这些方法所获得的数据结果准确性也比较差。地质雷达检测技术应用于公路工程当中可实现公路工程质量的无损检测，且可实现连续式的检测，从而避免抽样检测的随机误差，其优点使得公路工程检测工作获得极大的进步，同时也能够在我国经济的发展当中起到推动的作用。因此，本文主要探讨地质雷达检测技术在公路工程中的应用。

关键词：地质雷达；检测技术；公路工程；应用

在公路工程质量检测中，一般会采用钻芯取样的方式对路面的厚度指标进行控制，同时传统的隧道衬砌厚度检测则常采用凿孔法、取芯法等。此类检测方式对公路的路面及隧道结构带来不同程度的破坏，且检测采样过程存在数据有限和样本在代表性不足的缺陷，同时人为主观因素也在一定程度上影响了检测结果的准确定和客观性。随着科学技术的不断快速发展，地质雷达无损检测检测技术开始被人们引入到公路工程的检测工作当中。该检测技术在样品的采集方面速度比较快，可连续采样，样本数量大，检测精确度比较高，同时自身也存在着经济效率方面的优势，在对公路进行检测的时候不会带来损伤，可以比较有效地对传统的检测方法进行弥补。也就是说在公路工程的检测当中，使用地质雷达的检测技术有着非常重要的意义和价值。

一、地质雷达检测技术的检测原理

地质雷达检测技术原理是通过特定设备向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的介质层反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几何形态而变化。因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下分界面及不同介质的空间位置及结构。利用地质雷达检测原理，可以对公路工程中路基路面、隧道衬砌质量进行无损检测，同时可开展路基路面病害的检测工作，预防隐患的存在。因此，在公路工程的应用当中，它的应用程度也十分突出。

图1，中发射天线发射高频电磁波在介质中遇到目标体（如：面层分界面、脱空等）发生反射，信号返回接收天线接并记录回波曲线，通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下分界面及不同介质的空间位置及结构。从而达到路基路面及隧道质量检测的目的。

图1地质雷达检测技术工作原理

二、地质雷达检测技术的检测依据

依据地质雷达检测原理，被检测介质必须存在电性差，当电性差较大时雷达可以检测到较强的反射信号，从而判别不同介质分层状况及脱空等病害。根据相关的统计可以得知，当公路表面层使用水泥混凝土材料来进行修筑的时候，它的相对介电常数在3到5之间，如果使用改性的沥青材料来进行修筑，那么这个常数则在5到10之间。因此，公路筑路材料见存在着较明显的电性差异（如表1），这种情况能够使得电子雷达的检测技术在应用的过程当中获得有效的检测依据。

三、地质雷达检测技术的误差分析

1、反射信号的时间误差

在对公路工程使用地质雷达检测技术开展检测工作的时候要注意误差分析，使用科学的数据统计工具和分析手段来开展数据的分析和处理。为了能够获得更加准确的数据，结果是要及时的对反射、时间差等一些数据进行记录，同时还要对各个方面的参数进行及时的修整，否则就容易导致反射使信号的时间出现严重的误差，最终导致所检测的结果不够准确。

2、公路结构介电常数的标定

介电常数在公路结构的工程当中是非常重要的一个参数，这个参数主要是对电磁波冲脉的传播速度产生影响。在进行检测工作开展的时候，不同的介电常数所获得的检测结果也是不一样的。基于这样的重要性分析，在测量工作开展的时候，测量人员要先对公路结构进行介电常数的标定。在标定的方法当中有不同类型的方法，每一种方法都有着自身的优点和缺点，需要结合实际的情况来进行合理性的使用。比较经常使用的方法有数学计算模型的标定、钻芯厚度标定和反射波推导标定这三种类型。

数学计算模型标定方法主要是对数学的计算模型进行应用，在这些数学模型的帮助之下，完成整体的计算和测量工作的开展。由于数学模型的类型是比较多样化的，因此也需要结合工程的实际情况来进行模型的合理选择。一般来说最常使用的就是线性模型和均方差模型。使用这种方法在最后的环节当中需要开展违背方面的修正工作，以此来提升整体测量工作的准确性。

钻芯厚度标定主要检测人员使用电磁脉冲波的反射时间差来进行钻芯工作的实施，通过这样的处理方法，可以对公路结构层的介电常数进行推导。由于工作当中各个结构层之间的材料性质以及压实度等因素都存在着不同情况的影响，因此所得到的介电常数变化状况是比较突出的，最终会导致结果存在着比较强的偶然性。

反射波推导标定方式需要在电磁波反射系数的帮助之下进行估计公式的选择，最终得到介电常数和放射系数之间的关系，通过这些关系对具体的介电常数进行计算，但是所获得的结果在一定程度上并不能够代表着整个公路结构层的状况。

四、地质雷达检测技术在公路工程当中的应用

1、路面厚度的检测

在对公路工程质量检测中，需对路面厚度进行检测，以控制工程质量。在多数情况之下，施工单位会受到经济利益的诱惑，存在偷工减料现象，路面后度难以保证，因此带来了严重的质量问题。在现行的公路质量评定标准当中，路面厚度指标所占据的权值一般都比较大，从本质上来说可以划分为关键控制指标的范畴，在这样的情况之下，加强路面厚度指标的控制是非常重要的。地质雷达检测技术，在路面厚度当中进行使用，可以使得路面厚度的检测得到有效地推进，并且这些数值的精确度会更加突出。

2、路面病害检测

道路病害检测可以为后续在开展路面养护和改建工作提供有力的技术支持，准确的检测见过可以有效的配置养护资源与成本。在检测工作开展的过程当中，注重屏蔽天线和地质雷达之间的合理配置工作，在检测工作完成之后，要及时地对所获取的图像进行分析和处理，进行问题原因的查找，最终采取有针对性的措施和方法来进行问题的解决。

雷达记录资料中，同一连续界面的反射信号形成同向轴，依据同向轴的时间、形态、强弱、方向反正等进行解释判断是地质解释最重要的基础。同向轴的形态与埋藏的物界面的形态并非完全一致，但经过细致的分析研究，还是能够较为准确地判断其物界面。下面就针对隧道检测的基本项目对地质雷达数据分析加以说明。

3、隧道衬砌质量检测

地质雷达发射的电磁脉冲向下传播遇到介电常数有明显差异的反射界面时，就会产生反射。当出现衬砌分界面或衬砌存在缺陷，如初支护与二衬分界面、空洞、脱空等由于组分及物性差别较大，介电常数差别较大，反射波形振幅较大，反射界面较明显，在雷达资料中便会出现明显的特征反射，如脱空时将产生夹层反射，空洞会产生绕射等，通过对这些特征信息的分析来推定衬砌的内部特性。

为了能全面了解隧道衬砌的质量，根据试验结果和施工工艺的特点，隧道工程质量检测一般选择沿隧道纵深方向布置多条纵向测线，对此可以参考以下方案（图2）：拱顶1条，左右拱腰各1条，左右拱脚各1条，左右边墙各1条，必要时布置部分环向横测线。

图3压实土体介电常数与干密度关系

4、路基压实检测

通过开展路基土的介电特性研究，从微观上分析路基土土体介电常数与其固、气、液各相的内在关系土介质电磁特性的基本规律，同时建立路基土的介电特性与压实指标之间相关关系（如图3、图4），从而可将土体压实度指标反映在地质雷达波的反射波幅及电场强度中，通过数值方法研究了不同含水率、不同压实度的层状填土界面反射回波强度特性进行正演

模拟仿真，进而实现使用地质雷达路基压实度的检测。目前相关研究表明，路基土介电常数和含水量回归方程的相关系数R2都在0.9以上，介电常数和压实度的相关系数R2都在0.86以上，且回归方程的极值对应值都在最佳含水量附近。

图4压实土体借点产生过户与含水率关系

五、结语

总的来说，地质雷达检测技术的无损性特征具有非常大的优势，同时它的分辨率和精确度都比较高，在运行的时候整体的效率比较突出。结合在公路工程当中不同的使用情况和要求，人们可以选择不同的参数和配置来进行整体组合工作的完成。通过这些方式的有效采取，最终能够使得人们获得公路工程当中的一些准确和可靠的数据，提升公路建设的整体质量，推动我国基础交通设施的完善。

参考文献

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